Xem mẫu

  1. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẢI THIỆN PHƯƠNG PHÁP TƯỚI TIÊU ĐỂ GIẢM THIỂU ĐỘ MẶN TRONG VÙNG RỄ NHẰM NÂNG CAO NĂNG SUẤT LÚA Ở VÙNG VEN BIỂN PHÍA BẮC VIỆT NAM THÔNG QUA KỸ THUẬT ĐỒNG VỊ VÀ CÁC KỸ THUẬT KHÁC LIÊN QUAN Dương Hải Sinh, Khương Minh Cường Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường Đặng Đức Nhận Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam Hà Lan Anh Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân L.K. Heng Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế, IAEA Tóm tắt: Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu tìm kiếm một phương pháp tưới tiêu phù hợp thay thế phương pháp truyền thống để giảm thiểu độ mặn trong vùng rễ nhằm cải thiện năng suất của các giống lúa “thơm” đặc biệt được trồng trên Đất mặn nhiều ở vùng ven biển Hải Huyện Hậu, tỉnh Nam Định, miền Bắc Việt Nam. Đối với nghiên cứu này, kỹ thuật đồng vị kết hợp với các kỹ thuật thủy văn đã được áp dụng để điều tra nguồn gốc của độ mặn trong nước tại vùng rễ. Các kỹ thuật bao gồm: i) xác định mối liên hệ giữa tỷ lệ đơterivà oxy-18 ký hiệu(2H và18O) trong lượng mưa cục bộ, trong nước tưới và trong nước tại vùng rễ; ii)điều tra mối liên hệ giữa hàm lượngion Ca2+, Mg2+ and Na+trao đổi và nồng độ clorua trong nước lỗ rỗng; iii)điều tra mối liên hệ của18O vànồng độ clorua trong nước tại vùng rễ. Biết được nguồn gốc của độ mặn trong vùng rễ, người ta có thể đề xuất một phương pháp tưới tiêu mới nhằm giảm thiểu độ mặn trong đất trồng trọt. Từ khóa: xâm nhập nước mặn; tưới tiêu; tỷ lệ oxy-18, trao đổi ion Ca-Na Summary: The purpose of this study was to search for an appropriate irrigation practice to replace the traditional one in order to mitigate salinity in root zone for improving the yield of the special “fragrance” rice varieties planted on Hapli Salic Fluvisols in a coastal area of the Hai Hau district, Nam Dinh province, North Vietnam. For this, isotopic combined with hydrogeological techniques were applied to investigate the source of salinity in water within the root zone. The techniques include: i) determination of the relationship between deuterium and oxygen-18 signatures (2H and 18O) in the local precipitation, in the irrigation water, and in water within root zone; ii) investigation into the relationship between concentrations of exchangeable Ca2+, Mg2+ and Na+ cations and concentration of chloride in soil-pore water; iii) investigation into the relation of the 18O and chloride concentration in water within the root zone. Knowing the source of salinity in the root zone one could be able to suggest a new irrigation practice to mitigate the salinity in the cultivated soil. Key words: salt water intrusion; irrigation; oxygen-18 signature, Ca-Na cation exchange LỜI MỞ ĐẦU* màu mỡ gọi là đồng bằng sông Hồng (ĐBSH). Trong lịch sử phát triển địa lý lâu đời, ở phía bắc ĐBSH có diện tích khoảng 15.000km2 (1,5 triệu Việt Nam, sông Hồng đã tạo ra một đồng bằng ha), trong đó có gần 20 triệu cư dân đang sinh Ngày nhận bài: 24/9/2018 Ngày duyệt đăng: 15/11/2018 Ngày thông qua phản biện: 26/10/2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 1
  2. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ sống. Theo ước tính, hơn 50% tổng diện tích của nước trong vùng rễ và mối liên hệ với nồng độ ĐBSH thấp hơn 2m so với mực nước biển trung ion clorua như một chất chỉ thị cho muối biển. bình (Pruszak và cộng sự, 2001). Trong tổng diện Dường như việc áp dụng kỹ thuật đồng vị trong tích của vùng đồng bằng, 1,2 triệu ha hiện đang nghiên cứu để cải thiện phương pháp tưới tiêu được sử dụng cho canh tác (Bộ NN & PTNT, ở vùng ven biển nhằm đạt năng suất cây trồng 2010). Năng suất hàng năm của cây ngũ cốc từ cao được tiến hành lần đầu tiên tại Việt Nam. vùng đồng bằng được ước tính lên đến 6,1 triệu KHU VỰC NGHIÊN CỨU tấn (Bộ NN & PTNT, 2010). Để duy trì năng suất Cánh đồng với diện tích 5 ha ở xã Hải Thịnh, cây trồng, các triều đại phong kiến Việt Nam cũng huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định, nằm ở phía tây như nông dân địa phương đặc biệt chú ý đến công nam vùng ĐBSH đã được lựa chọn cho nghiên tác tưới tiêu. Một mạng lưới đê bao phủ dày đặc cứu này. Hình 3 mô tả lược đồ vị trí nghiên cứu đã được xây dựng từ thế kỷ 13 để bảo vệ đất khỏi và Hình 4 là ruộng được sử dụng cho nghiên ngập lụt từ hệ thống sông và bão từ biển. cứu. Phương pháp tưới tiêu chính được sử dụng trong vùng ĐBSH là tưới ruộng lúa với hiệu quả sử dụng nước thấp và chi phí điện cao (khoảng 300 kwh/ha, Fontenelle, 2001). Ngày nay, ở vùng ĐBSH, phương pháp canh tác đã được thay đổi nhiều, chuyển sang sử dụng các phương tiện cơ học. Để vận hành máy dễ dàng hơn, trước khi thu hoạch lúa, nông dân địa phương xả hết nước ra khỏi đồng ruộng và rơm rạ được dọn sạch rồi đốt cháy (Hình 2a). Việc này khiến cho cánh đồng Hình 3. Lược đồcho thấy khu vực nghiên cứu giữa hai mùa lúa trống không dẫn đến đất bị nứt tại xã Hải Thịnh, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam dưới thời tiết nóng (Hình 2b). Đất nứt tạo điều Định, nằm ở phía tây nam vùng Đồng bằng kiện bốc hơi để lại muối trong đất tồn tại trong sông Hồng (ĐBSH) vùng rễ sâu 1,0-1,2 m so với bề mặt. Độ mặn cao Huyện Hải Hậu thuộc tỉnh Nam Định nổi tiếng trong đất canh tác được cho là nguyên nhân khiến trên toàn quốc và một số nơi trên thế giới với năng suất cây trồng thấp ở dọc bờ biển thuộc vùng các giống lúa truyền thống đặc biệt, Tám ĐBSH. “thơm”, cách đây rất lâu đã được xuất khẩu Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển một sang Pháp cho người tiêu dùng Pháp-Việt với phương pháp tưới tiêu thay thế nhằm nâng cao một mức giá cao hơn. Trong những thập kỷ qua, năng suất lúa trồng trên Đất mặn nhiều với độ năng suất của các giống lúa và cây trồng khác mặn tương đối cao ở huyện Hải Hậu, miền Bắc ngày càng thấp hơn. Các nhà nông học Việt Việt Nam. Nghiên cứu được hỗ trợ bằng việc sử Nam đã xác định nguyên nhân làm giảm sản dụng các kỹ thuật đồng vị, cụ thể là sử dụng lượng lúa trong khu vực đó làdo hàm lượng đồng vị ổn định nước của đetơri và oxy-18 trong muối trong đất tăng mặc dù nước tưới là nước các loại nước khác nhau: nước mưa, nước tưới, ngọt. Nồng độ clorua trong nước ở khu vực 2 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018
  3. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ nghiên cứu được đo là hơn 2.500 mg L-1 . Độ pH Các mẫu đất được lấy từ tám vị trí xung quanh của đất cả trong nước và dung dịch KCl từ 5 (bề các phía và một vị trí ở giữa đồng để nghiên cứu mặt) đến 7,8 (ở độ sâu 140-160 cm so với bề đặc tính của đất. Trong số 9 vị trí trên, 3 vị trí mặt) (Phạm Anh Tuấn và cộng sự, 2013). dọc theo một đường chéo của ruộngđược quy Phương pháp tưới tiêu hiện đang được nông dân định lấy đất theo phẫu diện từ mặt đất xuống địa phương sử dụng là ruộng lúa truyền thống sâu 1,0 m; đây là độ sâu vùng rễ của cây lúa. Ở6 giống như ở các vùng ven biển khác như đã đề vị trí còn lại xung quanh các phía ruộng, mẫu cập ở trên. đất chỉ được thu thập từ lớp đất canh tác, tức là Hiện tượng xâm nhập mặn hiện đang được các từ bề mặt đến độ sâu 20 cm. Các mẫu đất được nhà địa chất học Việt Nam cũng như các nhà lấy bằng cách sử dụng một mũi khoan lấy mẫu địa chất thủy văn quốc tế nghiên cứu và vấn sâu (Eijkelkamp, Hà Lan). Các mẫu phẫu diện đề vẫn còn đang được thảo luận. Câu hỏi đặt đất được tách thành các phần dài 20 cm, tất cả ra là liệu độ mặn trong tầng chứa nước cạn có các mẫu phụ và mẫu đất bề mặt được lưu trữ nguồn gốc từ biển hay chỉ là do sự khuếch tán trong các lọ nhựa có nắp đậy chặt. Các mẫu từ các lỗ hổng của trầm tích tầng chứa nước? được vận chuyển đến phòng thí nghiệm ở Hà HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC VÀ TƯỚI Nội và bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 4oC TIÊU TRONG KHU VỰC NGHIÊN CỨU cho đến khi phân tích. Nước tưới ở huyện Hải Hậu được bơm từ sông Lượng mưa cục bộ được thu thập hàng tháng Ninh Cơ (Hình 3); đây là một nhánh của sông bằng cách sử dụng một thiết bị được xây dựng Hồng. Nước bơm được cấp trước tiên vào kênh theo đề xuất của IAEA (IAEA, 2002). Thiết bị chính dài 218 km sau đó đến các kênh thứ cấp được lắp đặt trên mái nhà của Trung tâm thủy dài 838 km rồi chảy vào ruộng. Trong ruộng, lợi Môi trường Ven biển và Hải đảo thuộc miền ngườinông dân đã tự tạo ra các kênh chéo để lấy Bắc (Việt Nam), nằm ở thị trấn Thịnh Phong, nước. Công tác tưới tiêu thường được Công ty cách ruộng lúa khoảng 2 km. Vào ngày giữa tưới tiêu trong huyện lên kế hoạch trong mùa tháng, nước trong thùng chứa được khuấy kỹ rồi canh tác. Tổng số trạm bơm ở huyện Hải Hậu nhỏ giọt vào một lọ polyethylene mật độ cao là 68 trạm với công suất khoảng 60 000 m3/giờ. (HDPE) dung tích 50 ml và gửi đến phòng thí Các trạm bơm ở các xã Hải An, Hải Giang và nghiệm ở Hà Nội để phân tích thành phần đồng Hải Ninh ở phía Bắc là các trạm tưới tiêu, còn vị. các xã Hải Châu và Hải Thịnh ở phía Nam là Nước tưới được lấy mẫu ở năm điểm từ cửa các trạm thoát nước (Hình 3). Các hệ số tưới sông Ninh Cơ ngược dòng 20 km lên đến trạm tiêu của huyện Hải Hậu được ước tính là 1.16 L bơm Hải An (các điểm giao nhau được mô tả s-1 ha-1 and 4.8 L s-1 ha-1 , thấp hơn một chút so trong hình 3) vào tháng 8 và tháng 12 hàng năm với giá trị mục tiêu 1.25 L s-1 ha-1 L s-1 ha-1 and vì đây là các tháng tương ứng cho mùa mưa và 5.5 L s-1 ha-1 tương ứng (ND DARD, 2011). mùa khô. PHƯƠNG PHÁP Ảnh hưởng của thủy triều đến mực nước ngầm Quy trình lấy mẫu và thành phần hóa học của nước ngầm để suy TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 3
  4. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ranguyên nhân xâm nhập Vì mực nước ngầm trong khu vực nghiên cứu mặn đủ cao nên có thể dễ dàng lấy các mẫu nước từ giếng khoan bằng tay. Khoảng 100ml mẫu Để theo dõi ảnh hưởng của thủy triều đến mực nướcdùng để phân tích hóa học được lọc qua nước ngầm trong vùng rễ, hai giếng cạn có độ sâu màng polycarbonate với kích cỡ lưới 0,45 m 1,5 m đã được đào ở 2 góc trong ruộng nghiên sau đó chia thành hai phần, một phần được axit cứu. Mỗi giếng gồm hai ống chống làm từ nhựa hóa với 1-2 giọt HNO3(65%, cấp PA, Merck, PVC. Ống chống bên ngoài có đường kính trong Đức) đến độ pH 1-2 để phân tích cho các ion 120 mm và chiều dài 1800 mm sao cho 300 mm dương(Na+, K+, Ca2+ và Mg2+). Một phần khác chiều cao ống nằm phía trên bề mặt ruộng để không được axit hóa để phân tích các ion âm(Cl- nước tưới không chảy trực tiếp vào bên trong ống , PO43-) và các thành phần đồng vị ổn định nước. mà chỉ thâm nhập vào vùng rễ. Ống chống bên Tất cả các mẫu được đựng trong lọ HDPE dung trong có đường kính trong 60 mm và có cùng tích 50 ml và sau đó được vận chuyển đến chiều dài. Phần đáy ống bên trong với chiều dài phòng thí nghiệm ở Hà Nội để phân tích. 400 mm được đục lỗ để cho nước vào. Phần đục Nguồn nước trong vùng rễ của cây lúa lỗ được phủ bằng các vật liệu PVC để bảo vệ các Các nguồn nước trong vùng rễ ở cả hai ruộng lỗ không bị tắc dođất cát. Khoảng trống giữa hai nhỏ được xác định trong mỗi mùa dựa trên ống chống được phủ bằng cát thô và mịn để thành phần đồng vị ổn định nướccủa oxy-18 tránhcác chất lơ lửng và đất rơi vào bên trong. và đetơri(18 O, 2H) trong lượng mưa cục bộ, Dùng đất lấp lại các lỗ. Mực nước ngầm trong các trong nước từ sông Ninh Cơ và trong nước tại giếng được theo dõi bằng máy đo áp suất (Solinst vùng rễ được lấy từ hai giếng cạn (Đặng ĐN, 101 P2, Canada). Các ống được đậy kín để tránh 2015). nước mưa rơi vào và để đảm bảo rằng nước bên Nghiên cứu cải thiện phương pháp tưới tiêu đã trong ống chỉ là nước từ vùng rễ. Hình 6 mô tả thay đổi để giảm thiểu độ mặn trong vùng rễ cách lắp đặt đã thực hiện. Ruộng được chia thành hai ruộng nhỏ bằng một đê đất. Trong một ruộng nhỏ, duy trì phương pháp tưới tiêu truyền thống và đây được gọi là ruộng tham chiếu, còn trong ruộng nhỏ thứ hai, áp dụng phương pháp tưới tiêu mới. Phương pháp đổi mới này được thiết kế bằng cách duy trì nước quanh năm không thoát nước trong suốt thời gian thu hoạch cũng như giữa hai mùa lúa như trong Hình 7. Lúa được trồng trên ruộng là giống "Tám thơm" theo tên địa phương. Chế độ Hình 6. Lắp đặt các giếng cạn để theo dõi ảnh canh tác lúa ở hai ruộng nhỏcó tỷ lệ bón phân hưởng của thủy triều đến mực nước ngầm và như nhau. Thử nghiệm được tiến hành trong hai thành phần hóa học của nước ngầm trong mùa: hè-thu (tháng 6-9) và đông-xuân (tháng 1- ruộng nghiên cứu 5) trong giai đoạn 2015-2017. Năng suất của hai 4 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018
  5. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ruộng nhỏ được so sánh thông qua năng suất thành phần đồng vị ổn định nước. của hạt gạo sau khi phơi khô dưới ánh nắng mặt Phân tích thành phần đồng vị ổn định trời (theo kinh nghiệm của nông dân) và tách nướcđược thực hiện trên một Khối phổ kế đo tỷ riêng với các hạt rỗng. lệ đồng vị liên tục (Micro Mass, Anh) được Nghiên cứu sự xâm nhập mặn và khử mặn trong trang bị Máy phân tích nguyên tố Euro-vector đất (Ý) (Nhan và cộng sự, 2012). Trước khi phân Sự xâm nhập mặn và khử mặn trong đất được tích, các mẫu nước được lọc qua màng nghiên cứu dựa trên mối liên hệ giữa nồng độ polycarbonate với kích thước lỗ 0,45 m để clorua và hàm lượng natri, canxi và magiê trao loại bỏ các chất huyền phù còn tồn tại. Thành đổi và dựa trên mối liên hệ giữa tỷ lệ oxy-18 phần đồng vị ổn định nước được thể hiện bằng (18O)và nồng độ clorua trong nước trong vùng ký hiệu delta () như sau rễ cây lúa được mô tả chi tiết bởi Clark và Fritz R 2 H, sample δ2 H  (  1) * 1000 (1997) hoặc Appelo và Postma (2007). R 2 H, std PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH R 18 O,sample δ18 O  (  1) * 1000 Kết cấu đất được phân tích bằng phương pháp R 18 O,std nhỏ giọt (Olmstead và cộng sự, 1930) và được Trong đó R 2 H,sample , R 2 , R 18 O,sample , và R 18 tiến hành tại Viện Đất và Hóa chất Nông H,std O,std nghiệp, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam là các tỷ lệ đồng vị của2H/1H, 18O/16O lần lượt với một số thay đổi (ISA, 1998). trong mẫu và theo tiêu chuẩn. Giá trị của ký hiệu delta được biểu thị bằng mil (‰). Tiêu Độ pH của đất: 25 g mẫu đất đầu tiên được sấy chuẩn được sử dụng trong phân tích đồng vị ổn khô ở nhiệt độ phòng sau đó được chiết bằng định nước là Tiêu chuẩn nước biển trung bình dung dịch KCl 1M (đất: dung dịch = 1: 5), sau của Vienna (VSMOW) (Coplen, 1994). đó đo độ pH bằng cách sử dụng máy đo pH (TOA, Nhật Bản). Đầu dò được hiệu chuẩn sử Độ chính xác của 2H cao hơn ±2‰ và của dụng dung dịch pH chuẩn 4,75 và 8,20. 18Olà ±0.2‰. Chương trình kiểm soát và đảm bảo chất lượng được áp dụng trong việc xác Hàm lượng Na+, K+,Ca2+và Mg2+trao đổi trong định hàm lượng ion bằng cách phân tích các giải đất: 25 g mẫu đất sấy khô ngoài trời được chiết pháp tiêu chuẩn do nhà cung cấp IC cung cấp bằng dung dịch ammonium acetate 1M ở độ (DIONEX). Độ lệch chuẩn của các kết quả phân pH7 (đất: dung dịch = 1:5) trên máy lắc sau khi tích tốt hơn ± 3% so với giá trị đã được chứng lọc qua bộ lọc polycarbonate có kích thước lỗ nhận cho phần tử tương ứng. 0,45 m. Các chất chiết xuất được phân tích các ion dương và ion âm(Cl-, NO3-,, và PO43-) bằng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN phép sắc ký ion sử dụng DIONEX 600 (Mỹ). Thành phần đồng vị của lượng mưa cục bộ, Nước lỗ rỗng trong đất được táchra khỏi các nước biển và nước từ sông Ninh Cơ mẫu đất bằng cáchchưng cất đông lạnh dưới Hình 8 mô tả mối liên hệ giữa 2Hvs.18O đối môi trường chân không (Nhan và cộng sự, vớilượng mưa cục bộ thu được hàng tháng tại 2012). Nước này sau đó được phân tích các thị trấn Thịnh Long, huyện Hải Hậu trong các TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 5
  6. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ năm 2013-2016. Hình 8 cũng cho thấy thành phần đồng vị của nước biển và nước từ sông Ninh Cơ là nguồn nước tưới cho huyện Hải Hậu. Nước biển và nước từ sông Ninh Cơ được lấy vào giữa tháng 8 và tháng 12 tương ứng với mùa mưa và mùa khô Như đã thấy trong Hình 8, trong mùa mưa, Hình 9. So sánh các thành phần đồng vị của thành phần đồng vị của nước từ sông Ninh Cơ nước lỗ rỗng trong tầng đất canh tác của khu tương tự như thành phần đồng vị của lượng mưa vực nghiên cứu và của sông Ninh Cơ (trạm cục bộ, nhưng trong mùa khô, nước từ sông bơm Hải Thịnh) trong mùa mưa và mùa khô dường như bốc hơi nên thành phần đồng vị trở Hình 9 cho thấy nước trong lớp đất canh tác là nên phong phú hơn (Hình 8). Ngoài ra, có vẻ từ sông Ninh Cơ và đây là nguồn nước tưới như trong mùa khô, nước biển tràn vào sông và lẫn với nước ngọtnhư thể hiện bằng đường nét chính trong khu vực. đứt trong hình 8. Đây là lý do tại sao trạm bơm Đặc tính của đất Hải Thịnh chỉ hoạt động cho mục đích thoát Bảng 1 chỉ ra các đặc tính của đất trong vùng rễ. nước chứ không phải để tưới tiêu quanh năm. Trong Bảng 1, các đặc tính của đất trong lớp bề mặt sâu (0-20) cm là giá trị trung bình của chín vị trí lấy mẫu trên ruộng nghiên cứu, còn đối với lớp đất từ độ sâu 20 cm trở xuống, đặc tính là giá trị trung bình của 3 vị trí dọc theo đường chéo của ruộng. Những phân tích này được thực hiện trước khi ruộng được chia thành hai ruộng nhỏ để nghiên cứu những ưu điểm của phương pháp tưới tiêu được cải thiện. Hình 8. Đường nước khí tượng địa phương Kết quả được trình bày trong Bảng 1 phù hợp (đường nét liền) và thành phần đồng vị của nước với các kết quả được xác định bởi Phạm Anh biển lấy từ cửa sông Ninh Cơ(ô vuông xanh hở) Tuấn và cộng sự (2013). Đất bề mặt có tính và của trạm bơm Hải Thịnh tại sông Ninh Cơ axit nhẹ (pH KCl 5.4) và đại diện cho một loại vào mùa mưa (tam giác rỗng màu đỏ) và mùa đất sét phù hợp với phân loại của DoA của khô (tam giác đặc màu đỏ) thể hiện thành phần Hoa Kỳ. Kết quả trong Bảng 1 cho thấy, trong đồng vị của nước tưới trong khu vực mùa mưa, muối trong đất bề mặt di chuyển Thành phần đồng vị của nước trong đất xuống dưới do trọng lực của nó sao cho trong lớp đất sâu (40-60) cm, nồng độ clorua tăng Hình 9 mô tả mối liên hệ giữa 2H vs.18O đối với gấp đôi so với lớp đất mặt (Bảng 1) ). Dường nước trong tầng đất canh tác (0 – 20) cm trong như trong vùng rễ, quá trình khử mặn xảy ra mùa mưa (tháng 8) và mùa khô (tháng 12). trong mùa mưa bởi vì nồng độ clorua trong nước tăng khi tăng hàm lượng natri trao đổi 6 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018
  7. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ trong đất, trong khi đó hàm lượng canxi và nồng độ clorua (Bảng 1) và Hình 10). magiê trao đổi không thay đổi nhiều khi tăng Bảng 1. Đặc tính của đất trong ruộng nghiên cứu (các đặc tính của đất trong lớp bề mặt sâu (0-20) cm là giá trị trung bình của chín vị trí lấy mẫu, còn đối với lớp đất từ độ sâu 20 cm trở xuống, đặc tính là giá trị trung bình của 3 vị trí dọc theo đường chéo của ruộng Thời gian lấy mẫu: Tháng 8/2013) Hàm lượng thành phần (tổng Ion dương trao đổi, Độ CEC, Kết cấu, % cộng), % meq/100g đất sâu, pH(KCl) meq/100 N(NO3 P2O5(PO cm K2O(K+) Cl- g đất Na+ K+ Ca2+ Mg2+ cát sét bùn ) 4) 0-20 0,24 0,16 0,52 0,07 5,4 5,34 0,41 0,10 1,89 1,96 2,8 11,9 85,3 20-40 0,12 0,15 0,36 0,11 5,8 5,04 0,56 0,05 1,80 1,98 2,6 13,1 84,3 40-60 0,08 0,07 0,32 0,15 6,5 4,96 0,67 0,04 1,84 2,04 6,1 13,5 80,4 60-80 0,05 0,05 0,30 0,21 6,0 5,12 0,77 0,03 1,78 1,92 3,4 8,3 88,3 80- 100 0,06 0,05 0,32 0,20 6,8 4,07 0,71 0,05 1,80 1,96 3,2 10,5 86,3 canh tác mặn hơn (Bảng 1). Ảnh hưởng của thủy triều đến độ mặn của nước tại vùng rễ trong khu vực nghiên cứu Hình 11 và 12 mô tả sự thay đổi mực nước triều và mực nước ngầm trong khu vực nghiên cứu vào đầu tháng 9 năm 2014 và tháng 3 năm 2015. Mực nước triều được lấy từ hồ sơ của trạm quan trắc Hình 10. Mối liên hệ giữa nồng độ clo trong thủy văn Quảng Phúc nằm cách 50 km về phía nước và hàm lượng Na+, Ca2+ và Mg2+trao Đông Bắc cửa sông Hồng (NCMH, 2014; 2015). đổitrong đất là bằng chứng cho sự khử mặn Nghiên cứu đã chỉ ra rằng mực nước ngầm trong trong đất vùng rễ gần như không thay đổi khi có sự thay đổi mực nước triều. Người ta đã nhìn thấy sự dịch Người ta cho rằng nước ngọt tưới tiêulấy từ chuyển nhỏ của mực nước ngầm trong đường ống sông hòa tan muối bị đọng lại trong các lỗ rỗng dẫn mực nước ngầm ở cả hai mùa, nhưng điều của đất và nước mặn khuếch tán xuống bởi lực này không có nghĩa là nước biển xâm nhập vào hấp dẫn làm cho nước trong lớp đất sâu hơn lớp ruộng. Sự thay đổi mực nước ngầm được cho là TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 7
  8. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ do trận mưa cách đó vài giờ, như đánh dấu trong và nước từ sông Ninh Cơ trong cả mùa mưa và Hình. mùa khô như trong Hình 13. Hình 11. Sự thay đổi mực nước triều và mực nước ngầm (tính bằng m trên mực nước biển, Hình13. Mô hình biến đổi đồng vị18O trong masl) trong mùa mưa (tháng 9 năm 2014) nướctại vùng rễ và lượng mưa trên khu vực nghiên cứu trong cả mùa mưa và mùa mưa Như đã thấy trong Hình 13, giữa hai mùa lúa trong mùa mưa, từ tháng 6 đến tháng 9, thành phần đồng vị của 18O trong nước tại vùng rễ dường như nhiều hơn so với trong nước mưa. Điều này có thể được giải thích bởi thực tế là khoảng một tháng trước khi thu hoạch lúa, nông dân địa phương tháo hết nước mặt ra khỏi ruộng và sau khi tách hạt từ rơm rạ trên ruộng, cặn Hình 12. Sự thay đổi mực nước triều và rơm bị đốt cháy khiến cho ruộng trống không mực nước ngầm (masl) trong mùa khô và nứt nẻ dưới thời tiết nóng như đã mô tả ở (tháng 3 năm 2015) trên. Đất nứt tạo điều kiện cho nước trong vùng Vào mùa khô, mực nước ngầm thấp hơn một rễ bốc hơi mạnh khiến cho thành phần đồng vị của các đồng vị nặng trong nước tăng lên. chút so với mùa mưa. Giá trị trung bình của mực nước trong mùa khô là 1,46 m (asl) còn Phương pháp canh tác được áp dụng trong khu vực có thể dẫn đến mất nhiều nước. Không chỉ trong mùa mưa là 1,54 m (asl). Từ Hình 11 và vậy mà thực tế phương pháp nàykhông thể làm 12, có thể kết luận rằng trong khu vực nghiên cho muối hòa tan trong nước tưới trong mùa cứu, nước ngầm trong vùng rễ không bị ảnh canh tác để xâm nhập xuống sâu hơn vùng rễ hưởng bởi thủy triều, nói cách khác, trong khu (khử muối) bởi trọng lực, sau đó trong khoảng vực không có xâm nhập mặn. thời gian giữa hai mùa lúa (Tháng Bảy-Tháng Mô hình biến đổi của đồng vị oxy-18 trong Chín ) muối di chuyển lên trên dưới sự bay hơi. Hình 14 mô tả một biểu đồ của 18O so với nước tại vùng rễ tương tự như trong nước mưa 8 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018
  9. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ nồng độ clorua trong nước trong vùng gốc. bằng trọng lực. Gaye (2001), Clark và Fritz (1997) đã chỉ ra Bảng 2 cho thấy các chất hóa học và đồng vị rằng việc tăng thành phần oxy-18 trong nước oxy-18 (18 O) trong nước tại vùng rễ của ngầm xảy ra cùng với sự thay đổi không đáng ruộng tham chiếu trong hè-thu (H-T) và đông- kể nồng độ clorua là do sự bốc hơi. xuân (Đ-X). Bảng 3 trình bày các kết quả các thông số tương tự của nước nhưng đối với ruộng áp dụng phương pháp tưới tiêu thay thế. Trong Bảng 3, số liệu về lượng mưa cục bộ (P) trong hai mùa cũng được trình bày. Như đã thấy trong Bảng 2 và Bảng 3, độ pH của nước trong vùng rễ của ruộng tham chiếu là 8,3 và khác với độ pH 6,7 trong ruộng nhỏ áp dụngphương pháp tưới thay thế. Sự gia tăng độ Hình14. Biểu đồ nồng độ 18O và clorua pH trong nước trong trường hợp này thực sự là trong nước lỗ rỗng cho thấy hàm lượng muối kết quả của việc hòa tan muối và trao đổi trong nước cao là do sự bốc hơi nhưng không ionNa+-Ca2+. Nồng độ natri và clorua trong phải do xâm nhập mặn nước của ruộng tham chiếu cao hơn rất nhiều so Kỹ thuật đồng vị với việc sử dụng đồng vị với nồng độ của ruộng áp dụng phương pháp 18 O của nước trong đất cho thấy phương tưới thay thế. pháp canh tác truyền thống có thể làm cho muối trong đất hòa tan và sau đó hấp thụ lại trên bề mặt đất khi nước bốc hơi dưới thời tiết nóng nhưng lại không thể khử muối. Hiện tại, xâm nhập mặn không xảy ra ở khu vực nghiên cứu. Kết luận này mở ra hướng phát triển một phương pháp thay thế để tạo thuận lợi cho việc khử muối trong vùng rễ để loại bỏ tác Hình 15. Nồng độ clorua trong nước tại động của muối đối với năng suất của cây vùng rễ (RW) trong ruộng nhỏ áp dụng trồng. phương pháp tưới mới (NIP) đã giảm nhiều So sánh các thành phần hóa học và đồng vị so với nồng độ trong ruộng tham chiếu cho 18O trong nước tại vùng rễ trong ruộng nhỏ thấy ưu điểm của NIP trong quá trình khử tham chiếu và trong ruộng nhỏ áp dụng muối tại vùng rễ. phương pháp tưới tiêu thay thế Phương pháp tưới tiêu thay thế được đề cập ở Trong ruộng áp dụng phương pháp tưới tiêu đây nghĩa là nước phải được duy trì trong ruộng mới, có vẻ như sau bốn mùa lúa, nhiều muối quanh năm mà không được thoát nước để muối trong đất bề mặt đã được rửa sạch bởi nước có thể hòa tan và xâm nhập xuống dưới vùng rễ tưới và hầu hết nước mặn xâm nhập vượt ra TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 9
  10. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ngoài vùng rễ bởi lực hấp dẫn để lại phần 60% nước mưa có thể đọng lại từ vụ trồng nước ngọt như nước sông với độ mặn dưới Hè-Thu trước đó. Trong cả hai mùa và cả hai 100 mg L-1 (Bảng 3). Giả sử rằng nước trong ruộng, đồng vị nặng của oxy trong nước tại vùng rễ là hỗn hợp của nước mưa cục bộ và vùng rễ luôn luôn tăng nhiều hơn so với mực nước sông và dựa trên độ pH của hai loại nước sông (Bảng 2 và 3) ngụ ý sự bay hơi nước (Bảng 3), ta có thể tính toán sự đóng của nước dưới điều kiện thời tiết nóng. góp của từng loại nước vào hỗn hợp Như có thể thấy trong hình 15, việc duy trì nước nướcbằng mô hình phần tử hai đầu. Do đó, tưới trong ruộng quanh năm có thể tạo điều kiện trong vụ Đông-Xuân (vào tháng 3 năm 2016) thuận lợi cho muối trong vùng rễ hòa tan và di trong ruộng áp dụng phương pháp tưới, nước chuyển đến các lớp đất sâu hơn trong canh tác trong vùng rễ gồm khoảng 40% nước sông và lúa Bảng 2. Các chất hóa học và đồng vị của oxy-18 (18O) trong nước tại vùng rễ của ruộng tham chiếu trong vụhè-thu (tháng 8 năm 2015-2016) và vụ đông- xuân (tháng 3 năm 2016-2017) mùa trồng trọt Bảng 3. Các chất hóa học và đồng vị của oxy-18 trong nước tại vùng rễ của ruộng nhỏ áp dụng phương pháp tưới tiêu thay thế trong vụ hè-thu (tháng 8 năm 2015) và vụ đông-xuân (tháng 3 năm 2016) Trong Bảng 2 và Bảng 3, SW nghĩa là nước mặt (nước từ sông Ninh Cơ); RZW1 và RZW2 lần lượt là nước tại vùng rễ trong ruộng nhỏ tham chiếu và trong ruộng nhỏ áp dụng phương pháp tưới tiêu thay thế; P nghĩa là lượng mưa cục bộ; nd: không Trong lĩnh vực áp dụng phương pháp tưới mới, Kết quả này cho thấy một thực tế là việc duy trì nồng độ clorua trong nước tại vùng rễ đo được tưới nước ngọtcho toàn ruộng quanh năm đã tạo là 31.1 và 46.5 mg L-1 (0.89 và1.31 meq L-1) điều kiện thuận lợi cho việc khử mặn và muối tương ứng cho vụ trồngHè-Thu và Đông-Xuân. được hòa tan để xâm nhập xuống dưới sâu hơn Trong khi đó, trong ruộng tham chiếu, nồng độ vùng rễ. Bằng cách này, năng suất cây trồng có clorua lên tới 277 mg L-1 (7.8 meq L-1) và 328 thể cải thiện. Năng suất hạt gạo được sản xuất mg L-1 (9 meq L -1) tương ứng cho vụ trồngHè- từ hai ruộng được trình bày trong Bảng 4. Thu và Đông-Xuân (Bảng 2, 3) và Hình 15). 10 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018
  11. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Bảng 4. Năng suất hạt gạo được sản xuất từ ruộng tham chiếu và ruộng áp dụng phương pháp tưới mới trong các vụ trồng Hè-Thu và Đông-Xuântừ năm 2015 đến 2017 Năng suất, tấn ha-1 Vụ Hè-Thu Vụ Đông-Xuân Ruộng Tổng Tổng Hạt lép Hạt đầy cộng Hạt lép Hạt đầy cộng 5,630,2 Tham chiếu 0,280,11 3 5,910,17 0,370,13 5,470,16 5,840,15 Áp dụng phương pháp 5,770,2 tưới tiêu mới 0,140,12 5 5,910,18 0,150,14 5,630,14 5,780,14 Như đã thấy trong Bảng 4, năng suất lúa đầy hạt KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ở cả hai ruộng trong vụ trồng Hè-Thu cao hơn Độ mặn trong nước lỗ rỗng tại vùng rễ ở các so với vụ trồng Đông-Xuân. Điều này có thể do cánh đồng lúa vùng ven biển thuộc huyện Hải sự khác biệt trong điều kiện thời tiết giữa hai Hậu, tỉnh Nam Định, Bắc Việt Nam có liên mùa. Trong giai đoạn 2015-2017, nhiệt độ quan đến trầm tích biển tồn tại kể từ khi đồng không khí trung bình trong mùa đông chỉ có 15- bằng sông Hồng được hình thành. Nước tưới 16 oC và nhiệt độ này không thích hợp để lúa làm cho độ mặn trong các lỗ rỗng lắng xuống/ phát triển hệ thống rễ, đặc biệt là trong giai đoạn khuếch tán vào trong nước. Tuy nhiên, phương đầu, từ ngày đầu đến ngày thứ mười sau khi cấy. pháp canh tác truyền thống bao gồm thoát nước Mặt khác, từ Bảng 4,chúng ta cũng có thể thấy tưới trước khi thu hoạch lúa sau đó cắt rơm và rằng năng suất của tổng số hạt được sản xuất từ đốt chay không cho phép nước mặn xâm nhập hai ruộng trong hai mùa được so sánh với nhau xuống dưới bởi trọng lực, do đó độ mặn vẫn tồn từ 5,8 đến 5,9 tấn ha-1. Tuy nhiên, hạt lép trong tại trong đất tại vùng rễ. Chúng tôi khuyến nghị ruộng chiếu chiếm từ 280 đến 370 kg ha -1, cao rằng đừng bao giờ xả nước tưới và không được gấp gần 2 lần so với ruộng áp dụng phương làm sạch đồng ruộng để giảm sự bốc hơi tạo ra pháp tưới mới. Dường như phương pháp tưới áp lực thủy lực nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho tiêu mới đã cải thiện các điều kiện như vận nước mặn trong vùng rễ thâm nhập vào xuống chuyển dinh dưỡng cho cây trồng để sản xuất độ sâu dưới vùng rễ bằng trọng lực. thành công hạt lúa đầy, làm tăng năng suất hạt có thể ăn được. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Appelo CAJ, và Postma D., 2007. Địa hoá học, nước ngầm và ô nhiễm, Ấn bản lần thứ 2. Nhà xuất bản Balkema, Amsterdam, Hà Lan, 649 trang. [2] Clark ID, và Fritz P, 1997. Các đồng vị môi trường trong Thủy văn. Nhà xuất bản Lewis, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 11
  12. CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ Boca Raton, NY, 311 trang [3] Coplen TB (1994) Báo cáo về sự phong phú các đồng vị hydro, carbon và oxy ổn định. Pure & Appl Chem 66: 273-276 [4] Đặng Đức Nhận, Dương Hải Sinh, Khương Minh Cường và Hà Lan Anh, 2015 Quá trình thủy hóa gây ra độ mặn cao trong nước tại vùng rễ ở một cánh đồng lúa thuộc huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định (miền Bắc Việt Nam). Báo cáo tiến độ cho IAEA đối với RC Số 17915- R1, 6 trang. [5] Fontenelle J-P, 2001 Phân cấp quản lý nước ở đồng bằng sông Hồng, Việt Nam: Một quá trình chuyển đổi chưa hoàn thành đối với quản trị địa phương. Tài liệu cho Hội nghị IASCP lần thứ 8, Bloomington, 31/05-4/06/2001 [6] Gaye CB, 2001 Các kỹ thuật đồng vị để theo dõi sự xâm nhập mặnvào nước ngầm. Báo cáo được trình bày tại Hội nghị quốc tế đầu tiên về Gám sát, Mô hình hóa và Quản lý Xâm nhập mặn và Tầng chứa nước ven biển. Essaouira, Morocco, ngày 23-25 tháng 4, 11 trang. [7] IAEA, 2002Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế: Bản tin về Nước và Môi trường của Bộ phận Thuỷ văn Đồng vị, Số 16, tháng 11 năm 2002: 5, Vienna, Áo [8] Đặng Đức Nhân, Dương Hải Sinh, Khương Minh Cường, Heng LK, Nguyễn ML, 2012 Hiệu quả sử dụng nước của cà phê (Robusta) theo phương pháp tưới tưới nhỏ giọt trên cao nguyên Tây Nguyên, Việt Nam. Theo FAO/IAEA về: “Quản lý đất để bảo đảm an ninh lương thực, giảm thiểu tác động và thích ứng khí hậu”, Vienna, Áo, tháng 7, 303-308 trang 12 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018